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研究生: 林芳宇
Lin, Fang-Yu
論文名稱: 不同孔隙比筐網圓柱之定床流場試驗研究
Experimental study on fixed-bed flow characteristics for a cylinder with different porousities
指導教授: 黃進坤
Huang, Chin-Kun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 98
中文關鍵詞: 筐網圓柱穩定低速區孔隙比流速衰退率
外文關鍵詞: Porous cylinder, Steady low-velocity area, velocity decay value
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  • 本文主要研究於不同孔隙比之筐網圓柱定床試驗中,實際量測筐網圓柱周圍流場之水深、流速等資料,並對此加以分析,以瞭解筐網圓柱流場之平均流速、流場紊流強度、水流隨時間之變動與速度頻譜等與不同筐網圓柱孔隙比之關係。
    由實驗結果與相關理論驗證得知,水流通過不透水圓柱時,結構物後方流場極度紊亂,然而當水流通過筐網圓柱後,將於結構物後方產生一流況穩定且流速低之「穩定低速區」。將實驗結果與石武融(2007)成果比較顯示,當孔隙比增加,最大流速衰退率(Udm)將減小,而發生之位置會向下游延伸,此結果可提供筐網圓柱現地擺設之數據參考。

    To clarify the effect of different porosity to a porous cylinder, a series of experiments were executed. The Profiling Velocimeter was used to measure the flow field around and behind the porous cylinder, including the depth-averaged velocity distribution, time sequence analysis of velocity and disturbance level to examine the characteristics of the effect due to different porous cylinder.
    Comparison of the experiment results and the related researches, the velocity and turbulence intensity after the impermeable cylinder was intensely changed. However, the flow field after the porous cylinder was steady and a steady low-velocity region was formed. In present experiment reports, as the porosity increased, the maximum velocity decay value decreased and the position where the minimum velocity occurred would move towards to downstream direction. While the porous cylinder was applied in the field, these results could provide as a design reference .

    目錄 目錄 I 圖目錄 III 表目錄 V 符號表 VI 第一章、緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機 1 1-3文獻回顧 2 1-3-1不透水性圓柱流場之相關研究 2 1-3-2透水性結構物之相關研究 4 1-3-3筐網圓柱之相關研究 5 1-4研究目的 6 1-5本文架構 7 第二章、基本理論 9 2-1筐網圓柱之簡介 9 2-2延遲流體分離現象 10 2-3降低壓力阻力 12 2-4穩定流場 13 2-5縮小尾流區範圍 13 2-6筐網圓柱與不透水圓柱流場之差異 15 2-6-1二維平面流場分布 15 2-6-2二維垂直流場分布 17 第三章、實驗設備及條件 18 3-1實驗設備 18 3-1-1實驗渠道 18 3-1-2筐網圓柱 20 3-1-3剖面流速儀 21 3-1-4移動式台車 23 3-2因次分析 24 3-2-1Buckingham π定理介紹 24 3-2-2流速定義 24 3-2-3無因次方程式之推導 25 3-3實驗方法 27 3-3-1實驗條件與組別 27 3-3-2座標軸設定 28 3-3-3實驗步驟與流程 28 第四章、實驗結果與討論 30 4-1流場縱斷面速度之變化 30 4-1-1 縱斷面主流速分布 31 4-1-2縱斷面流速向量場分布 42 4-1-3縱斷面高程衰退流速分布 44 4-2流場橫斷面速度之變化 46 4-2-1橫斷面流場之分布 46 4-2-2橫斷面流速向量場分佈 53 4-2-3橫斷面最小流速分布 53 4-3流速之時序性變化 56 4-3-1 縱方向瞬時流速(ut)隨時間之分布 57 4-3-2橫方向瞬時流速(vt)隨時間之分布 64 4-4流場穩定性之分析 72 4-4-1紊流強度之縱斷面分佈 73 4-4-2紊流強度之橫斷面分佈 74 4-5表面孔隙比對衰退率之影響 79 4-5-1流速衰退率(Ud)向上游之沿程變化 79 4-5-2最大流速衰退率(Ud)向下游之沿程變化 80 4-5-3最大流速衰退率(Udm)與孔隙比之關係 83 4-5-4最大流速衰退率發生位置 84 4-6總結 85 第五章、結論與建議 86 5-1結論 86 5-2建議 87 參考文獻 88 附錄A 90 A-1邊界層之流體分離 90 A-2圓柱之流體分離現象 91 A-3圓柱流場之卡曼渦列(Karman vortex trail) 92 A-4圓柱流場之馬蹄形渦流(horseshoe vortex) 93 A-5圓柱流場之垂向渦流(vertical vortex) 94 A-6紊流分析(turbulence analysis) 95 A-6-1雷諾法則(Reynolds de-composition method) 95 A-6-2紊流流速分布(turbulence distribution) 96 附錄A-7剖面流速儀 97 A-7-1儀器配備 97 A-7-2量測範圍與儀器調整 97

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